Genomic and phenotypic improvement of triticale (×Triticosecale Wittmack) line and hybrid breeding programs

Triticale (×Triticosecale Wittmack) breeding is a success story as it evolved to a serious alternative in farmer’s crop rotations since the 1970s and is grown globally on around 4 million hectares today. New developments, however, pointed out additional possibilities to improve triticale line and hybrid breeding programs increasing its future competitiveness and were evaluated in this study. In more detail, these were to (i) examine the genetic control and evaluate long term genetic trends of plant height in Central European winter triticale, (ii) evaluate the potential of triticale hybrid breeding and hybrid prediction approaches in triticale with a focus on biomass yield, (iii) introduce and examine a concept bypassing the time and resource consuming evaluation of female candidate lines in cytoplasmatic male sterility (CMS) based hybrid breeding, and (iv) to draw conclusions for the future improvement of triticale line and hybrid breeding programs. The genome wide association study detected markers significantly associated with plant height and developmental stage, respectively. These explained 42,16% and 29,31% of the total genotypic variance of plant height and development stage and are probably related to four and three quantitative trait loci (QTL), respectively. The two major QTL detected for plant height were located on chromosomes 5A and 5R which most likely could be assigned to the known height reducing genes Rht12 from wheat and Ddw1 from rye. The third major QTL detected located on chromosome 4B could not be assigned to a known height reducing gene and it cannot be precluded, that these significantly associated markers are identifying one and the same QTL as the markers located on chromosome 5R, as these showed a high linkage disequilibrium amongst each other. Evaluating the 129 registered cultivars showed that plant height decreased since the 1980’s. Evaluating their genetic constitution revealed that most cultivars carried at least one height reducing
Die Züchtung von Triticale (×Triticosecale Wittmack) ist eine Erfolgsgeschichte, da sie sich seit den 1970er Jahren zu einer ernstzunehmenden Alternative in der Fruchtfolge von Landwirten entwickelt hat und heute weltweit auf rund 4 Millionen Hektar angebaut wird. Jüngere Entwicklungen jedoch identifizierten zusätzliches Potential zur Verbesserung von Triticale Linien und Hybridzüchtungsprogrammen, die die Konkurrenzfähigkeit von Triticale weiter erhöhen können und wurden deshalb in dieser Studie näher beleuchtet. Genauer betrachtet waren die Ziele dieser Studie (i) die genetische Struktur und genetischen Langzeittrends des Merkmals Wuchshöhe in Mitteleuropäischer Wintertriticale zu untersuchen, (ii) die Potenziale der Hybridzüchtung und Konzepte zur Hybridvorhersage in Triticale, mit dem Fokus auf Biomasseertrag, zu evaluieren, (iii) ein Konzept, welches die zeit und ressourcenintensive Beurteilung weiblicher Mutterkomponenten in der zytoplasmatisch männlich sterilen (CMS) Hybridzüchtung vereinfacht, vorzustellen sowie bezüglich seiner Zweckdienlichkeit zu bewerten, und (iv) um Rückschlüsse für die zukünftige Verbesserung von Triticale Linien und Hybridzuchtprogrammen zu ziehen. In einer genomweiten Assoziationsstudie wurden Marker entdeckt, die signifikant mit den Merkmalen Wuchshöhe und Entwicklungsstadium assoziiert waren. Diese erklärten 42,16% beziehungsweise 29,31% der Gesamtvarianz der genannten Merkmale und repräsentieren wahrscheinlich vier beziehungsweise drei merkmalsbeeinflussende Genorte (QTL). Es wurden zwei bedeutende QTL für das Merkmal Wuchshöhe auf den Chromosomen 5A und 5R entdeckt, welche höchstwahrscheinlich den Wuchshöhe reduzierenden Genen Rht12 von Weizen und Ddw1 von Roggen zuzuschreiben sind. Das dritte bedeutende QTL, welches auf Chromosom 4B gefunden wurde, konnte keinem bekannten Wuchshöhe reduzierenden Gen zugeordnet werden. Ferner kann nicht ausgeschlossen werden, dass diese als signifikant identifizierten Marker ein und dasselbe QTL